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DECHEMA Symposium 2009Strategien zur Boden- u. Grundwassersanierung

In-situ Sanierung eines LHKW Schadens im Grundwasser mittels Melasseinjektion und

nachgeschalteter Sauerstoffinjektion in der Fahne

Dr. Thomas Mathews, Dipl. Geol. Andreas Oenning, Dipl. Geol. Thomas Kaspar

Datum: 23. November 2009

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1. Übersicht über den Standort2. Sanierungshistorie/ Projektentwicklung3. Ergebnisse der Machbarkeitsstudie und

ergänzenden Machbarkeitsstudie4. Sanierungsplanung5. Grundlagen der In-Situ-Sanierung6. Testfeldsanierung7. Standortsanierung 8. Ausblick

Inhalt

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Auftraggeber:

Projektsteuerer:

Planer / Überwacher:

Ausführende Firmen:

Projektbeteiligte

www.fugro.com 4Quelle: TIM-Online

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Übersicht über den Standort

Umschlag von PCE/TCE von 1952 – 1985 auf dem ehem. Gelände der Kertess Chemie in Bocholt

Schadensherd: 4.000 bis 40.000 µg/l LCKW-Gesamt

Schadstofffahne 300 m mit LCKW- Werten von bis zu 600 µg/l

Grundwasserleiter ca. 2 bis 12 m unter GOK ( Belastungen in Schluffschichten)

www.fugro.com 6Quelle: TIM-Online

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Übersicht über den Standort

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Übersicht über den Standort

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Projektentwicklung

Übersicht über die Projektentwicklung

1985 Beendigung Mietverhältnis

1988-1993 Bodenluftsanierung

1993 Bodenaustausch von 876 t belasteten Boden (bis 2 m Tiefe)

1994-2005 Grundwassersanierung Pump & Treat (Desorption), Grundwassermonitoring für Schadstofffahne

2004 Machbarkeitsstudie (Juli 2004)Varianten Bodenaustausch / Pump & Treat /

Bodenluftsanierung / ENA für Schadstofffahne

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Projektentwicklung

Übersicht über die Projektentwicklung

2005 Laborversuche (März 2005)Feldversuch (Mai-September 2005)Ergänzende Machbarkeitsstudie (Oktober 2005)

Vorzugsvariante: In-situ-Sanierung Melasseinjektion / Sauerstoffinjektion / ENA für Schadstofffahne

Seit 2006 Umstellung auf Melassinjektion im begrenzten Umfang mittels 4 Melasseinjektionspegel und GW-Monitoring

Einstellung der aktiven Sanierungsmaßnahme

2007/2008 Sanierungsplan und Öffentlich Rechtlicher Vertrag (ÖRV)mit dem Kreis Borken

Mai 2008 Beginn Sanierung des Standortes gemäß Sanierungsplan

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Ergänzende Machbarkeitsstudie

Bodenuntersuchungen Sanierungszone 1Boden- / Bodenluftuntersuchungen Sanierungszone 2Überprüfung eines möglichen Fremdeintrages in der Schadstoffahne (B 7a)Laborversuche zur in-situ-Sanierung (Abbauversuche)Feldversuch zur in-situ-Sanierung (Pilotversuch)Grundwasserströmungs- und Schadstofftransportmodell

Untersuchungen im Rahmen der ergänzenden Machbarkeitsstudie 2005

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Ergänzende Machbarkeitsstudie

Ergebnisse – Ergänzenden Machbarkeitsstudie 2005LCKW-Gehalte Sanierungszone 1:4-5 m u. GOK max. 6,5 mg/kg 5-12 m u. GOK max. 0,22 mg/kg > 12 m u. GOK max. 43 mg/kg

LCKW-Gehalte Sanierungszone 2:0,03 – 3,7 mg/kg unterhalb unterer Maßnahmenschwellenwert LAWA

relevante Einzelparameter PCE und TCE, nur vereinzelt geringe cDCE-Gehalte

Abfallen der Aquiferbasis gegen GW-Fließrichtung

Abgrenzung der Sanierungszonen SZ 1a ca. 270 m²SZ 1b ca. 1200 m²SZ 1b + SZ 2 ca. 1300 m² (Überschneidung SZ 1b und SZ 2)

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Schadstofffahne

Grundwasserleiter

Prognose mittels BIOCHLOR, USEPA zu Schadstoffabbau im Schadenszentrum (anaerobe Zone)

- 99 % Abbau von PCE und TCE zu cDCE und ggf. VCBetrachtungszeitraum 1 Jahr

Prognose zu Schadstoffabbau in der Schadstofffahne (aerobe Zone)

- - ca. 98 % Abbau von VC auf Reaktionsstrecke von 137 m

- Entfernung Grundstücksgrenze - Färbereibrunnen 280 m

- Betrachtungszeitraum 5 Jahre

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ModflowGrundwasser-

strömungsmodell

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Schadstofftransportmodell

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Sanierungsplanung

1. Rückbau ehemalige Lagerhalle

2. Bodenaushub Sanierungszone 1a • Aushub hochbelasteter Bereich bis 6 m Tiefe bei Br F (ehem. Sickerschacht) als Vorbereitung

der in-situ-Sanierung• Aushubvolumen ca. 300 m³ inkl. Bauschuttreste

3. In-Situ Sanierung Testfeldbetrieb / Optimierungsphase (6 Monate)• Pegelnetz 15 Injektionspegel Melasse mit 3 Filterstufen • 2 Injektionspegel Sauerstoff• Intensiviertes Monitoringprogramm• Redoxmessungen über Datenlogger

Optimierung: Melassekonzentration, Injektionsintervalle, Sauerstoffkonzentration, Pegelabstände

4. In-Situ Gesamtsanierung Standort und Fahne (18 Monate)• Standort: Pegelnetz 149 Injektionspegel mit 3 Filterstufen • Fahne: 11 Injektionspegel Sauerstoff (ggf. auch anstromig, nach Abschluss der Injektion)• Standort: Überprüfung Bodenluftbelastung nach Beendigung der in-situ-Sanierung

5. Nachsorgephase (max. 5 Jahre 2016)• Grundwassermonitoring insbesondere der Fahne MNA

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Sanierungsplanung

Behördliche Anforderungen

Überwachungskonzept

Alarmwerte in der Fahne

Nachsorge – Grundwassermonitoring / MNA

Sanierungszielwerte :

Rückfallebene – frühzeitige Sauerstoffinjektion / mobile GWSA

Parameter Sanierungszielwert [µg/l]

Σ LHKW 60Σ PCE und TCE 301,2-Dichlorethan 6VC 1,5

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Grundlagen der In-Situ Sanierung

C=CCl

Cl

Cl

ClC=C

Cl

H

Cl

ClC=C

Cl

H

Cl

HC=C

H

H

Cl

HC=C

H

H

H

H

Aerober Abbau• cometabolisch

Anaerober Abbau• cometabolisch• Effizienterer Prozess: Dehalorespiration• Abbausequenz: PCE → TCE → cDCE → VC → Ethen

aerob

anaerobPCE TCE cDCE VC

LCKW sind grundsätzlich mikrobiell abbaubar

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Grundlagen der In-Situ Sanierung

Zielsetzung der In-Situ Sanierung mittels Melasseim Schadenszentrum

Infiltration von Melasse ins Schadstoffzentrum

Effekte:Aktivierung der standorteigenen MikroorganismenfloraSauerstoffzehrung durch AbbauvorgängeEinstellung reduzierender Verhältnisse (negatives Redoxspotential)Abbau des Cosubstrats zu niedermolekularen Verbindungen Entstehung von H2

H2 dient den LCKW- abbauenden Mikroorganismen als ElektronendonatorNitrat und Sulfatreduktion zu Nitrit, Ammonium, Sulfid, H2S, Reduzierung von Eisenverbindungen

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Grundlagen der In-Situ Sanierung

Zielsetzung der In-Situ Sanierung mittels Sauerstoffim der Schadstofffahne

Infiltration von Sauerstoff in den Aquifer

Effekte:Abiologische Sauerstoffzehrung des AquifermaterialsNach weitgehender Aerobisierung -> Einstellung oxidierender Verhältnisse positive Redoxpotentiale + 600 mVSauerstoffgehalt im Grundwasser steigtDechlorierung von cDCE und VC zu chlorfreien Produkten Sulfat-, Nitrat- Gehalte steigen

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Sanierungsplanung

Pegelnetz Melasseinjektion / Sauerstoffinjektion

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Grundwasserabstrom

Ehem. Kertess Chemie AG

Färbereibrunnen

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Testfeld der Melasse Sanierung

Testfeld mit 20 (15) Injektionspegelgruppen mit jeweils 3 Pegeln

Volumenstrom für jede Filterstufe eines Pegels = 220 l.

Melassekonzentration 1 g/l.

Insgesamt wurden die folgenden Melassemassen injiziert: • oberer Horizont, Pegel T1 bis T15: 93,87 kg (Soll: 97,50 kg)• mittlerer Horizont, Pegel T1 bis T15: 168,75 kg (Soll: 168,75 kg)• unterer Horizont, Pegel T1 bis T15: 108,75 kg (Soll: 108,75 kg)

Testfeld MelasseinjektionTestfeld Melasseinjektion

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Testfeld der Melasse Sanierung

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Testfeld der Melasse Sanierung

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Testfeld der Melasse Sanierung

Juni 2008Schwere Rammsonde zum Errichten der 3-fach Injektionspegel

Juni 2008Die Injektionspegel wurden oberflächlich mit Bentonit und Zement abgedichtet

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Testfeld der Melasse Sanierung

August 2008Testfeld, 20 Injektionspegelgruppen angeschlossen für Melasseinjektion

August 2008Container mit Anlagentechnik Sax & Klee GmbH und Zuleitungen zu den Pegelgruppen

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Testfeld der Melasse Sanierung

August 2008Anschluß von 15 Zuleitungen an die Dosieranlage im Anlagencontainer

August 2008Zuleitungen zu den einzelnen Pegelgruppen des Testfeldes

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Testfeld der Sauerstoffinjektion

August 2008Anlagencontainer der Fa. Sensateczur Sauerstoff-Injektion (Druckumformer)

2 Injektionslanzen der Fa. Sensateczur Sauerstoff-Injektion

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Testfeld der Sauerstoffinjektion

August 2008Redoxmessstelle Fa. Sensatec

Sauerstoffinjektion Fa. Sensatec

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Testfeld der Sauerstoffinjektion

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Testfeld der Sauerstoffinjektion

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Testfeld der Melasse Sanierung

LHKW zur Nullmessung zu Beginn der Testfeldphase

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Testfeld der Melasse Sanierung

LHKW zur Nullmessung zu Beginn der Gesamtstandortsanierung

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In-situ-Sanierung Hauptfeld

Übersicht über den Projektverlauf

2007/2008 Sanierungsplan und Öffentlich Rechtlicher Vertrag (ÖRV)mit dem Kreis Borken

Mai 2008 Testfeld Sanierungszone 1: 20 Injektionspegel Melasse, 2 Injektionslanzen Sauerstoff + Redoxmesskette(Optimierungsphase 6 Monate)

März 2009 Standortsanierung Hauptfeld 149 Pegel 3-facher Ausbau, 7 Pegel einfacher Ausbau Melasse (18 Monate inkl. Testfeldbetrieb) bis März 2010

Juli 2009 Sauerstoffinjektion in 11 Sauerstofflanzen bis Juli 2010

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In-situ-Sanierung Hauptfeld

Testfeld mit 149 Injektionspegelgruppen mit jeweils 3 Pegeln

Volumenstrom für jede Filterstufe eines Pegels = 220 l.

Melassekonzentration 1 g/l.

Insgesamt wurden die folgenden Melassemassen injiziert: • oberer Horizont: 1.483,75 kg• mittlerer Horizont: 1.142,54 kg

• unterer Horizont: 949,62 kg

Full Full ScaleScale Sanierung seit 6 MonateSanierung seit 6 Monate

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Februar 09 In-situ-Sanierung Hauptfeld

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Juli 09 In-situ-Sanierung Hauptfeld

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August 09 In-situ-Sanierung Hauptfeld

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In-situ-Sanierung Hauptfeld

März 2009Angeschlossene Injektionspegel, im Vordergrund der DN50-Injektionspegel M3

März 2009Injektionspegel Hauptfeld, im Vordergrund Sauerstoffbündel für Sauerstoffinjektion, hinten rechts Sauerstoffcontainer der Fa. Sensatec

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In-situ-Sanierung Hauptfeld

Mai 2009Angeschlossene 149 Injektionspegel, Zuleitungen, Verzweigungen und Anlagencontainer Sax & Klee

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In-situ-Sanierung Hauptfeld

Mai 2009Angeschlossene 149 Injektionspegel Melasse, Zuleitungen, Verzweigungen und Mischanlage Sax & Klee

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In-situ-Sanierung Hauptfeld

September 2009Aufbau Sauerstofftank und Verdampfer, Sensatec

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In-situ-Sanierung Hauptfeld

Br B (Mai 2005 bis April 2008)

0

50 0

10 0 0

150 0

2 0 0 0

2 50 0

3 0 0 0

3 50 0

Mai. 05 Aug . 0 5 No v. 0 5 Feb . 0 6 Mai. 0 6 Aug . 06 No v. 0 6 Feb . 0 7 Mai. 0 7 Aug . 0 7 No v. 0 7 Feb . 0 8

Kon

zent

ratio

n [µ

g/l] LHKW

TCEPCEcDCEVC

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In-situ-Sanierung Hauptfeld

Br B

0

500

1000

1500

2000

2500Ju

n 08

Jul 0

8

Aug

08

Sep

08

Okt

08

Nov

08

Dez

08

Jan

09

Feb

09

Mrz

09

Apr 0

9

Mai

09

Jun

09

Jul 0

9

Aug

09

Sep

09

Kon

zent

ratio

n [µ

g/l]

LHKWTCEPCEcDCEVC

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In-situ-Sanierung Hauptfeld

Br E1

0

500

1000

1500

2000

2500Ju

n 08

Jul 0

8

Aug

08

Sep

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Okt

08

Nov

08

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09

Feb

09

Mrz

09

Apr 0

9

Mai

09

Jun

09

Jul 0

9

Aug

09

Sep

09

Kon

zent

ratio

n [µ

g/l] LHKW

TCEPCEcDCEVC

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In-situ-Sanierung Hauptfeld

Konzentration an gelöstem Sauerstoff in der Schadstofffahne

0

1

2

3

4

5

6

7

8Ju

n 08

Jul 0

8

Aug

08

Sep

08

Okt

08

Nov

08

Dez

08

Jan

09

Feb

09

Apr 0

9

Mai

09

Jun

09

Jul 0

9

Aug

09

Sep

09

Kon

zent

ratio

n [m

g/l]

Rb3Rb5Rb13B2B3B5B6B7aB7bB8Rb17Rb20FärBr

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Ausblick In-situ-Sanierung Hauptfeld

• Die Melasseinjektion wird planmäßig bis Februar 2010, die Sauerstoffinjektion bis September 2010 fortgesetzt.

• Die bisherigen Ergebnisse der Standortsanierung geben Anlass zum Optimismus, dass die mittlerweile über 2 Jahrzehnteandauernde Sanierung des Grundstückes mittels der jetzt eingesetzten Technologien erfolgreich zum Abschluss gebracht werden kann.

• Das brachliegende Grundstück soll anschließend einer Verwertung zuführen zu können.

AusblickAusblick

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